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Analyse von in-vivo NMR Spektren

Arbeitsgruppe 8.42

Ziel der in-vivo-NMR-Spektroskopie (Arbeitsgruppe 8.12) ist die nicht-invasive Konzentrationsbestimmung von Metaboliten. Abbildung 1 zeigt den Ausschnitt eines 1H-NMR Spektrums für ein selektiertes Volumenelement im menschlichen Gehirn.

Abb. 1 : Selektiertes Volumenelement im menschlichen Gehirn und 1H-NMR Spektrum.
Abb. 1 : Selektiertes Volumenelement im menschlichen Gehirn und 1H-NMR Spektrum.

   

Die spektralen Anteile einzelner Metabolite, wie N-Acetylaspartat (NAA), lassen sich durch parametrische Modelle beschreiben. Diesen Spektralanteilen ist zusätzlich eine Basislinie überlagert, die u.a. durch Resonanzen von Makromolekülen verursacht wird. Für diese Basislinie ist üblicherweise kein (parametrisches) Modell bekannt. Die quantitative Analyse der NMR-Spektren führt damit auf ein Problem der semi-parametrischen Modellierung. Dabei kann berücksichtigt werden, daß der nicht-parametrische Anteil des Modells, die Basislinie, glatt ist. Gegenstand aktueller Arbeiten ist neben einer möglichst genauen Modellschätzung insbesondere die Bestimmung von Messunsicherheiten. Abbildung 1 illustriert die nicht-parametrische Schätzung der Basislinie mit Hilfe eines Regularisierungsansatzes.

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Titel: Serial 1H-MRS in relapsing-remitting multiple sclerosis: effects of interferon-β therapy on absolute metabolite concentrations
Autor(en): F. Schubert, F. Seifert, C. Elster, A. Link, M. Walzel, S. Mientus, J. Haas and H. Rinneberg
Journal: Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine
Jahr: 2002
Band: 14
Ausgabe: 3
Seite(n): 213 - 222
DOI: 10.1016/s1352-8661(02)00066-2
ISSN: 1352-8661
Web URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352866102000662
Schlüsselwörter: Therapy monitoring
Marker: 8.42, in-vivo
Zusammenfassung: To assess the applicability of magnetic resonance spectroscopy (MRS) for long-term follow-up of neurological diseases a longitudinal 1H-MRS study at 3 T was carried out on ten patients having relapsing-remitting multiple sclerosis (MS) who, after baseline examination, received interferon-β (IFN) 1b. At 8–20 examinations within up to 34 months absolute concentrations of N-acetylaspartate (NAA), total creatine (tG), and choline-containing compounds (tCho) were determined in a large non-enhancing lesion and contralateral normal appearing white matter (NAWM). MR spectra were analyzed using a novel time domain-frequency domain method including non-parametric background characterization. For comparison at baseline, ten healthy controls were examined. The concentrations of tCho and tCr were found to be higher in MS brain than in control brain. Besides a non-significantly lower NAA concentration in lesions there were no concentration differences between lesions and NAWM. Over the follow-up period the measured metabolite concentrations exhibited a high variability. Most concentrations remained within this scatter, and statistical tests revealed significant fluctuations in the levels of metabolites in one case only. This stability of the metabolite concentrations over time might result from IFN therapy as for the spontaneous course of relapsing-remitting MS decreasing metabolite (NAA/tCr) ratios have been reported. The results further suggest that future treatment trials intending to use metabolite concentrations as a secondary outcome indicator use even longer observation periods and, besides group analysis of large cohorts, investigate the time behavior of selected single cases. The biochemical abnormalities found in NAWM emphasize the importance of analyzing both lesion and NAWM.

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